Max Plancki tuumafüüsika instituudi teadlased on edukalt mõõtnud lõpmata väikseid muutusi mass üksikutest aatomitest pärast elektronide kvanthüppeid, kasutades Heidelbergi instituudi ülitäpset Pentatrap aatomitasakaalu.
Klassikalises mehaanikas on "mass" on iga objekti oluline füüsikaline omadus, mis ei muutu – kaal muutub sõltuvalt "gravitatsioonist tingitud kiirendusest", kuid mass jääb konstantseks. See massi püsivuse mõiste on Newtoni mehaanika põhieeldus, kuid mitte kvantmaailmas.
Einsteini relatiivsusteooria andis massi-energia ekvivalentsuse mõiste, mis põhimõtteliselt tähendas, et objekti mass ei pea jääma alati konstantseks; seda saab teisendada (ekvivalendiks) energiaks ja vastupidi. See omavaheline seos või asendatavus massi ja energia teineteisesse on üks teaduse kesksemaid mõtlemisi ja selle annab kuulus võrrand E=mc2 tuletis Einsteini erirelatiivsusteooriast, kus E on energia, m on mass ja c on valguse kiirus vaakumis.
See võrrand E=mc2 on mängus üldiselt kõikjal, kuid märgatavalt märgatakse näiteks sisse aatomi- reaktorid, kus osaline massikadu tuuma lõhustumise ja tuumasünteesi reaktsioonide käigus tekitab tohutul hulgal energiat.
Subaatomi maailmas, kui elektron hüppab "ühele" või "ühelt". orbiidi teisele neeldub või vabaneb energiakogus, mis on samaväärne kahe kvanttaseme vahelise "energiataseme lõhega". Seetõttu on massi ja energia ekvivalentsuse valemi järgi an mass aatom peaks suurenema, kui see neelab energiat ja vastupidi, peaks vähenema, kui see energiat vabastab. Kuid aatomi massi muutus pärast elektronide kvantsiirdeid aatomis oleks mõõtmiseks äärmiselt väike; midagi, mis pole seni olnud võimalik. Aga enam mitte!
Max Plancki tuumafüüsika instituudi teadlased on esimest korda edukalt mõõtnud seda lõpmatult väikest muutust üksikute aatomite massis, mis võib olla täppisfüüsika kõrgeim punkt.
Selle saavutamiseks kasutasid Max Plancki instituudi teadlased Heidelbergi instituudi ülitäpset Pentatrapi aatomitasakaalu. PENTATRAP tähistab 'kõrge täpsusega Penningi lõksu massispektromeetrit' – tasakaalu, mis suudab mõõta lõpmatult väikseid muutusi aatomi massis pärast elektronide kvanthüppeid.
Seega tuvastab PENTATRAP aatomites metastabiilsed elektroonilised olekud.
Aruandes kirjeldatakse metastabiilse elektroonilise oleku jälgimist, mõõtes reeniumi põhi- ja ergastatud olekute masside erinevust.
***
viited:
1. Max-Planck-Gesellschaft 2020. Uudistetuba – Pentatrap mõõdab masside erinevusi kvantolekute vahel. Postitatud 07. mail 07, 2020. Veebis saadaval aadressil https://www.mpg.de/14793234/pentatrap-quantum-state-mass?c=2249 Juurdepääs 07. mail 2020.
2. Schüssler, RX, Bekker, H., Braß, M. jt. Metastabiilsete elektrooniliste olekute tuvastamine Penningi lõksu massispektromeetria abil. Nature 581, 42–46 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2221-0
3. JabberWok inglise keeles Q52, 2007. Bohri aatomi mudel. [pilt võrgus] Saadaval aadressil https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bohr_atom_model.svg Juurdepääs 08-le 2020.
***
